UNIVERSIDAD NACIONAL AUTNOMA DE MXICO FACULTAD DE INGENIERA

PROGRAMA DE ESTUDIO

Aprobado por el Consejo Tcnico de la Facultad de Ingeniera en su sesin ordinaria del 19 de noviembre de 2008 PRINCIPIOS DE TERMODINMICA Y ELECTROMAGNETISMO 1314 3 11

Asignatura Clave Semestre Crditos

Ciencias Bsicas Fsica General y Qumica Ingeniera en Computacin Divisin Coordinacin Carrera(s) en que se imparte

Asignatura: Horas: Total (horas): Obligatoria X Tericas 4.5 Semana 6.5 Optativa Prcticas 2.0 16 Semanas 104.0

Modalidad: Curso, Laboratorio Seriacin obligatoria antecedente: Ninguna. Seriacin obligatoria consecuente: Ninguna. Objetivo(s) del curso: El alumno analizar los conceptos, principios y leyes fundamentales de la termodinmica y de los circuitos elctricos para aplicarlos en la resolucin de problemas elementales de ingeniera, haciendo especial nfasis en el concepto de energa y sus transformaciones. Adems, el alumno desarrollar sus habilidades de observacin, manejo de instrumentos experimentales y la interpretacin de datos. Temario

NM. NOMBRE HORAS

1. Conceptos fundamentales 9.0

2. Primera ley de la termodinmica 16.5

3. Segunda ley de la termodinmica 12.0

4. Ciclos termodinmicos 6.0

5. Electromagnetismo 12.0

6. Circuitos elctricos en corriente directa 12.0

7. Circuitos elctricos en corriente alterna 4.5

72.0

Prcticas de laboratorio 32.0

Total 104.0

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1 Conceptos fundamentales Objetivo: El alumno analizar algunos de los conceptos bsicos de la fsica identificando sus dimensiones y unidades en el SI.

Contenido:

1.1 Conceptos de masa, fuerza, peso especfico, densidad y volumen especfico. Dimensiones y unidades en el Sistema Internacional de Unidades (SI).

1.2 Concepto de presin en fluidos. Presiones absolutas y relativas. Dimensiones y unidad de medicin en el SI.

1.3 Concepto de temperatura emprica. Escalas de temperatura de Celsius y de Kelvin. La ley cero de la termodinmica.

1.4 Concepto y unidad de medicin de la energa en el SI. Energas en transicin: calor y trabajo. 1.5 La energa como propiedad de la materia. Energas cintica, potencial gravitatoria e interna.

2 Primera ley de la termodinmica

Objetivo: El alumno realizar balances de energa en sistemas termodinmicos, mediante la aplicacin de la primera ley de la termodinmica. Contenido:

2.1 Definicin de termodinmica. Concepto de sistema termodinmico. Sistemas termodinmicos: abierto, cerrado y aislado. Frontera y ambiente.

2.2 Propiedades termodinmicas: intensivas y extensivas. Conceptos de estado, proceso, ciclo y fase. Equilibrio termodinmico.

2.3 Propiedades de las sustancias. Sustancia pura. Postulado de estado. Capacidad trmica especfica. Entalpia.

2.4 Concepto de calor sensible y latente. El signo del calor que entra en un sistema es positivo. Concepto de trabajo. El signo del trabajo que se realiza sobre el sistema es positivo. Interpretacin grfica del trabajo en el diagrama (v, P).

2.5 Principios de la conservacin de la energa y de la masa. Ecuacin de continuidad. Primera ley de la termodinmica para ciclos y procesos en sistemas cerrados.

2.6 Modelo de gas ideal. Capacidades trmicas especficas a presin y volumen constantes. Procesos con gas ideal: isomtrico, isobrico, isotrmico, adiabtico y politrpico, y sus relaciones presin-volumen-temperatura.

2.7 Primera ley de la termodinmica para sistemas abiertos. Ecuacin de Bernoulli.

3 Segunda ley de la termodinmica

Objetivo: El alumno analizar los conceptos que le permitan comprender las restricciones que impone la segunda ley de la termodinmica a los flujos energticos. Contenido:

3.1 Conceptos de depsito trmico y mquina trmica. 3.2 Eficiencia trmica y coeficiente trmico. 3.3 Enunciados de Kelvin Planck y de Clausius.

PRINCIPIOS DE TERMODINMICA Y ELECTROMAGNETISMO (3 / 6)

3.4 Conceptos de procesos reversible, irreversible y causas de irreversibilidad. 3.5 Ciclo de Carnot. Teorema de Carnot. Eficiencia y coeficiente trmicos mximos. 3.6 Desigualdad de Clausius. Concepto de entropa. Principio del incremento de entropa. 3.7 Variacin de entropa en procesos con gas ideal.

4 Ciclos termodinmicos

Objetivo: El alumno conocer los ciclos termodinmicos fundamentales empleados en la transformacin de la energa. Contenido:

4.1 Ciclos de generacin de potencia mecnica. Ciclos de Brayton, de Diesel y de Otto. 4.2 Ciclo de Rankine. 4.3 Ciclo de refrigeracin por la compresin de un vapor.

5 Electromagnetismo

Objetivo: El alumno conocer los conceptos y leyes que le permitan comprender algunos de los fenmenos elctricos y magnticos, haciendo nfasis en los antecedentes necesarios para el anlisis de circuitos elctricos. Contenido:

5.1 Carga elctrica. Unidad de medicin en el SI. Principio de conservacin de la carga. 5.2 Ley de Coulomb. Concepto de campo elctrico. Unidad de medicin en el SI. Campo elctrico de

cargas puntuales y entre placas planas y paralelas. 5.3 Conceptos de energa potencial elctrica y diferencia de potencial elctrico. Unidades en el SI.

Diferencias de potencial de cargas puntuales y entre placas planas y paralelas. 5.4 Corriente elctrica. Definiciones de corriente continua, directa y alterna. Unidad en el SI. 5.5 Experimento de Oersted. Concepto de campo magntico y flujo magntico. Fuerza de origen

magntico. 5.6 Campo magntico producido por un conductor recto y por un solenoide. 5.7 Induccin electromagntica. Ley de Faraday. Principio de Lenz.

6 Circuitos elctricos en corriente directa

Objetivo: El alumno realizar balances de energa en circuitos elctricos sencillos, de corriente continua y directa. Contenido:

6.1 Fuentes de fuerza electromotriz. Pilas y bateras. 6.2 Ley de Ohm y resistencia elctrica. Ley de Joule. 6.3 Capacitancia. Capacitor de placas planas. Energa almacenada en un capacitor. 6.4 Inductancia. Inductancia de un solenoide. Energa almacenada en un inductor. 6.5 Potencia elctrica suministrada por una fuente de fuerza electromotriz.

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6.6 Conexiones sencillas en serie, en paralelo y en puente. 6.7 Resistor equivalente, capacitor equivalente e inductor equivalente en serie y en paralelo. 6.8 Leyes de Kirchhoff aplicados al estudio de circuitos elctricos resistivos de corriente continua.

7 Circuitos elctricos en corriente alterna

Objetivo: El alumno realizar balances de energa en circuitos elctricos sencillos, de corriente alterna. Contenido:

7.1 Voltaje y corriente alternos senoidales monofsicos. 7.2 Valores promedio, medio y eficaz, de corriente y de voltaje alternos. 7.3 Circuitos elctricos en serie y en paralelo con resistores y fuentes de corriente alterna.

Bibliografa bsica: Temas para los que se recomienda: RESNICK, Robert, HALLIDAY, David, y KRANE, Kenneth Fsica Vol. I y II 5a edicin Mxico CECSA, 2004 SERWAY, Raymond A. Fsica 5a edicin Mxico McGraw-Hill, 2002 Tomo I y Tomo II SEARS, F., ZEMANSKY M., YOUNG H., FREEDMAN R. Fsica Universitaria 11a edicin Mxico Pearson Educacin, 2004

Todos

Todos

Todos

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Bibliografa complementaria. BOYLESTAD R. Y NASHELSKY L. Electricidad, Electrnica y Electromagnetismo Mxico Trillas, 1993 TIPLER, Paul A. Fsica para la ciencia y la tecnologa. 4a. edicin Espaa Editorial Revert, S.A., 2001 BENSON, Harris. Fsica Universitaria. Vol. I y II. 1a. edicin. Mxico Grupo Patria Cultural, 2004 MANRIQUE, Jos A. Termodinmica 3a edicin Mxico Editorial Oxford, 2002 LEVENSPIEL, Octave Fundamentos de Termodinmica 1a edicin Mxico Prentice Hall, 1997

5, 6 y 7

Todos

Todos

1, 2 , 3 y 4

1, 2, 3 y 4

Sugerencias didcticas:

Exposicin oral X Lecturas obligatorias X Exposicin audiovisual X Trabajos de investigacin X Ejercicios dentro de clase X Prcticas de taller o laboratorio X Ejercicios fuera del aula X Prcticas de campo Seminarios X Otras: Uso de paquetes de cmputo X Otras: Empleo de tecnologa de X punta.

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Forma de evaluar:

Exmenes parciales X Participacin en clase X Exmenes finales X Asistencias a prcticas X Trabajos y tareas fuera del aula X Otras: Participacin en prcticas. X

Perfil profesiogrfico de quienes pueden impartir la asignatura Licenciatura en Ingeniera, Fsica o carreras afines cuya carga acadmica en el rea sea similar a stas. Deseable con estudios de posgrado o el equivalente de experiencia profesional en el rea de su especialidad y recomendable con experiencia docente o con preparacin en los programas de formacin docente de la Facultad en la disciplina y en didctica. Convencido de la importancia de la actividad experimental en la enseanza de la Fsica.